Deep Reinforcement Learning-Based Mobility-Aware Robust Proactive Resource Allocation in Heterogeneous Networks

计算机科学 强化学习 概率逻辑 服务质量 资源配置 马尔可夫决策过程 资源管理(计算) 稳健性(进化) Boosting(机器学习) 分布式计算 时间范围 蜂窝网络 数学优化 人工智能 马尔可夫过程 计算机网络 生物化学 化学 数学 统计 基因
作者
Jing Li,Xing Zhang,Jiaxin Zhang,Jie Wu,Qi Sun,Yuxuan Xie
出处
期刊:IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:6 (1): 408-421 被引量:32
标识
DOI:10.1109/tccn.2019.2954396
摘要

Proactive resource allocation (PRA) is an essential technology boosting intelligent communication, as it can make full use of prediction and significantly improve network performance. However, most promising gains base on perfect prediction which is unrealistic. How to make PRA robust against prediction uncertainty and maximize benefits brought by prediction becomes an important issue. In this paper, we tackle this problem and propose a mobility-aware robust PRA approach (MRPRA) in heterogeneous networks. MRPRA pre-allocates resources in both time and frequency domains among mobile users with users' trajectories predicted by hidden Markov model. The objective is to minimize service delay under constraints of different levels of quality-of-service (QoS) requirement and mobility intensity. MRPRA is robust against prediction uncertainty by exploiting probabilistic constraint programming to model QoS requirements in a probabilistic sense. To this end, the probabilistic distribution of achievable rate is derived. To flexibly coordinate resource allocation among multiple mobile users over time horizon, a deep reinforcement learning based multi-actor deep deterministic policy gradient algorithm is designed. It learns robust PRA policies by distributed acting and centralized criticizing. Extensive numerical simulations are performed to analyze performances of the proposed approach.
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